你知道牛奶是怎么殺菌和提純的嗎？
——膠體知識的簡介

張寧梅

（南京市金陵中學(xué) 江蘇 南京 210005）

教學(xué)目的：

1．了解分散系的分類方法；

2．理解過濾、滲析的原理；

3．理解膠體的制備的基本思路和主要方法；

4．理解丁達(dá)爾現(xiàn)象的原理；

5．理解電泳的原理；

6．理解膠體的介穩(wěn)性原理并應(yīng)用該原理解釋膠體的聚沉。

教學(xué)重點(diǎn)：宏微觀概念的建立

引課：“一杯牛奶振興一個(gè)民族” 牛奶作為一種營養(yǎng)均衡、 豐富的食品倍受大家的喜愛，今年三鹿毒奶粉事件讓我們大家更加關(guān)注食品的安全和健康。牛奶是一種復(fù)雜的混合物，其中包含多種營養(yǎng)成分， 今年央視科普節(jié)目介紹了一種叫“極致奶”的優(yōu)質(zhì)奶與普通奶的區(qū)別：優(yōu)質(zhì)奶去除了牛奶中過多的脂肪， 并且分離出了一定量的細(xì)菌和巴氏消毒后殘留在奶中的細(xì)菌殘?bào)w。由此可見， 牛奶中過多的脂肪和細(xì)菌及細(xì)菌的殘?bào)w是影響牛奶質(zhì)量和口味兩個(gè)重要方面。

設(shè)問：同學(xué)們，根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)和第一章化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本方法的內(nèi)容， 你能不能推測一下， 懸浮于奶中的淡黃色的脂肪顆粒和一些雜質(zhì)固體顆粒應(yīng)該如何分離？ 牛奶中大量的肉眼無法看見的細(xì)菌和細(xì)菌殘?bào)w又該用什么樣的過濾器才得以分離呢？

學(xué)生回答：略

總結(jié)： 茶水中的茶葉可用孔徑比茶葉小的金屬網(wǎng)濾去， 奶茶中的茶粉就必須用孔徑更小的紗布濾去， 這一生活事例告訴我們隨著需要分離的粒子越來越小，過濾器的孔徑也要越變越小，牛奶的分離凈化就利用了這樣的原理： 用顆粒過濾器除去其中過多的脂肪粒和固體顆粒， 用超濾膜去除其中的細(xì)菌和細(xì)菌殘?bào)w。

下面我們利用實(shí)驗(yàn)室的儀器來模擬上述過程， 切身感受一下不同種類混合物的分離方法：有三個(gè)試劑瓶，它們分別盛放著：泥水、淀粉溶液和食鹽水。

設(shè)問：假如將這三種混合物相互混合在一起，我們可用怎樣的方法證明相應(yīng)的各種物質(zhì)的存在？

學(xué)生回答：泥水，用眼睛觀察。

淀粉溶液——加入碘水。

食鹽水——加入AgNO3／HNO3溶液。

設(shè)問：我們能否用什么方法將它們重新分離開？學(xué)生回答： 泥水與淀粉、 氯化鈉溶液通過濾紙過濾，溶液變澄清，設(shè)問：溶液澄清說明泥水的固體顆粒被濾紙分離出來， 那么淀粉和食鹽水都通過濾紙了嗎，如何證明？

演示實(shí)驗(yàn)1：

1．過濾一份樣品，并事先準(zhǔn)備一份試樣，兩份試樣分別檢驗(yàn)。

2．取少量的濾液

（由電荷守恒原理可知，濾液中同時(shí)含有Na＋離子）

設(shè)問： 怎樣才能將淀粉大分子與溶液中的Na＋離子和Cl－離子分離開來？

引導(dǎo)設(shè)問： 讓學(xué)生取出在家里做好的用醋酸浸泡的蛋殼觀察。 醋酸明明裝在雞蛋內(nèi)部， 還隔著一層蛋膜，為什么外面的蛋殼變薄了、變得很容易剝離了？ 這說明了什么？

學(xué)生回答：醋酸中的氫離子、水分子等微小粒子透過了蛋膜與蛋殼碳酸鈣接觸反應(yīng)。

引導(dǎo)設(shè)問： 那么原雞蛋中的蛋白質(zhì)大分子有沒有通過蛋膜？ 這說明了什么？ 因此蛋膜有什么用途？

學(xué)生回答：蛋膜可讓小分子、離子通過，而無法讓大分子通過； 可利用蛋膜分離濾液中的淀粉大分子和氯離子、鈉離子。

演示實(shí)驗(yàn)2：

3．加入如圖懸掛在蒸餾水中的蛋膜中，浸泡后，從燒杯中取約5mL 試樣三份，第一份試樣放在試管架上備用，另兩份試樣分別做以下實(shí)驗(yàn)：

4．溶液

總結(jié)：（分散系的分類——實(shí)驗(yàn)小結(jié)）

請大家根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析：

設(shè)問：上述物質(zhì)有哪些相同點(diǎn)？（從物質(zhì)類別、組成的角度看）

學(xué)生回答： 物質(zhì)類別都屬于以水為溶劑與其他物質(zhì)所形成的混合物。

定義： 在此我們對原有的有關(guān)溶液概念加以延伸， 一種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所形成的混合物——分散系。

它們又有哪些不同點(diǎn)？（由實(shí)驗(yàn)體會這三種不同混合物的分類依據(jù)）

學(xué)生回答：分散質(zhì)的粒子大小不一。 （分散系的分類—微觀過程）

幻燈片演示： 一、分散系的分類及膠體的定義

設(shè)問： 這種分散質(zhì)粒子大小介于濁液和溶液之間的分散系——膠體， 該如何由濁液或溶液制備呢？

學(xué)生回答：把濁液分散質(zhì)粒子變小或把溶液分散質(zhì)粒子變大。

介紹：和大家設(shè)想的一樣，我們把這種將懸濁液或乳濁液中的分散質(zhì)分散成1～100nm 的膠體方法叫分散法。

幻燈片演示：二、膠體的制備

1．分散法

①研磨法，如：金溶膠：用納米微粒的膠體金可用于固定DNA 粒子、墨汁（磨墨）、碳素墨水。

②溶解法，如：淀粉溶液、蛋白質(zhì)溶液、血液。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)1： 1．①1mol／L 鹽酸1／5 試管→加5～6 滴1mol／L 水玻璃→用力振蕩；

②1mol／L 鹽酸1／5 試管→加1mol／L 水玻璃1／5 試管→用力振蕩。

2．①1／4 試管蒸餾水→加5～6 滴飽和氯化鐵溶液→用力振蕩；

②1／4 試管蒸餾水→加熱煮沸→加5～6 滴飽和氯化鐵溶液→用力振蕩。

引導(dǎo)設(shè)問：實(shí)驗(yàn)中你分別觀察到什么現(xiàn)象？

學(xué)生描述1：實(shí)驗(yàn)1 步驟一沒有明顯現(xiàn)象，步驟二產(chǎn)生沉淀。

學(xué)生回答：實(shí)驗(yàn)2 步驟一沒有明顯現(xiàn)象，步驟二溶液由黃色變?yōu)榧t棕色。

引導(dǎo)學(xué)生： 試寫出兩個(gè)具有明顯實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變化的化學(xué)方程式：

①FeCl3＋3H2O＝Fe（OH）3（膠體）＋3HCl

②Na2SiO3（水玻璃）＋2HCl＝H2SiO3（膠體）＋2NaCl

③Na2SiO3（水玻璃）＋2HCl＝H2SiO3↓＋2NaCl

設(shè)問：實(shí)驗(yàn)要想成功需要注意哪些操作？

學(xué)生回答：濃度不可過大，否則粒子過大不再是膠體變?yōu)闈嵋?，并須不斷振蕩?/p>

幻燈片演示：2． 化學(xué)結(jié)合法： 所有的化學(xué)反應(yīng)， 只要能生成難溶物， 就可以通過控制反應(yīng)條件，用來制備溶膠。

（1）水解反應(yīng)；

（2）復(fù)分解反應(yīng)。

設(shè)問：如何證明你制備的是膠體而不是溶液？

那么膠體到底有哪些有別于溶液和濁液的特殊性質(zhì)呢？

展示圖片：潔凈的空氣可被歸類為氣態(tài)溶液，但含有灰塵和水蒸氣粒子的空氣屬于膠體，這樣的膠體中的粒子可以通過肉眼觀察到（這一生活現(xiàn)象大家應(yīng)該很熟悉）：當(dāng)陽光照射上去可以看到明顯的光路。 按分散劑的種類我們可以把膠體分為：氣溶膠、溶膠、固溶膠，這三類膠體都有這個(gè)共同的性質(zhì)， 那就是在光束的照射下它們都會形成光亮的“通路”。

演示實(shí)驗(yàn)2： 用一束光分別通過盛放在試管中的泥水、 淀粉溶液和飽和食鹽水， 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

設(shè)問：為什么濁液不透光，溶液透光而只有膠體表現(xiàn)丁達(dá)爾現(xiàn)象？

學(xué)生回答：濁液分散質(zhì)粒子太大、溶液分散質(zhì)粒子太小。

介紹：①濁液粒子太大，大于入射光波長很多倍， 發(fā)生光的反射而無散射， 故光線不能完全通過。

②溶質(zhì)粒子太小，小于入射光波長太多倍，入射光發(fā)生衍射，散射很微弱，表現(xiàn)為透光。

③膠體粒子直徑小于入射光波長， 發(fā)生光的散射，每一個(gè)微粒相當(dāng)于一個(gè)發(fā)光體，無數(shù)發(fā)光體散射結(jié)果就形成了光的通路。

（展示幻燈片微觀原理圖）

幻燈片演示：三、膠體的性質(zhì)

1．丁達(dá)爾現(xiàn)象——膠體的光學(xué)性質(zhì)，用于區(qū)別溶液和膠體。

當(dāng)一束光線透過膠體， 從入射光的垂直方向可以觀察到膠體里出現(xiàn)一條光亮的“通路”。

設(shè)問： 為什么氫氧化鐵膠體較長時(shí)間放置均勻穩(wěn)定而氫氧化鐵懸濁液靜置沉淀？ 用來制備氫氧化鐵膠體的原氯化鐵溶液和氫氧化鐵膠體誰更穩(wěn)定呢？ 為什么？

學(xué)生回答：懸濁液粒子太大，因重力沉降，膠體和溶液粒子較小因微粒永不停息的運(yùn)動混合均勻相對穩(wěn)定，其中溶液粒子更小更穩(wěn)定。

那么是什么原因阻止膠體粒子相互聚集變大凝聚沉降？

2．膠體的穩(wěn)定性——介穩(wěn)性

穩(wěn)定性：溶液＞膠體＞濁液

介紹： 膠體穩(wěn)定的一個(gè)重要原因可以從電泳實(shí)驗(yàn)中找到答案。

展示實(shí)驗(yàn)圖：（引導(dǎo)學(xué)生做答） 陰極區(qū)顏色逐漸變深→陰極區(qū)膠粒濃度增大→Fe（OH）3膠粒向陰極移動→Fe（OH）3膠粒帶正電荷→Fe（OH）3膠粒吸附陽離子→膠粒吸附能力強(qiáng)，可吸附離子→膠粒直徑小， 表面積大 （類比碳塊、碳粉、活性炭）。

解釋：（1） 電泳——膠體的電學(xué)性質(zhì)

①在外加電場的作用下，膠體的微粒在分散劑里向陰極（或陽極）作定向移動的現(xiàn)象，叫做電泳。

②電泳現(xiàn)象證明了膠體微粒帶有電荷， 利用電泳可以確定膠體微粒的帶電性質(zhì)。

③各種膠體微粒的本質(zhì)不同， 它們吸附的離子不同，所以帶有不同的電荷。

氫氧化鐵膠體的電泳

一般來講，金屬氫氧化物、金屬氧化物等膠體微粒吸附陽離子，帶正電荷；非金屬氧化物、非金屬硫化物等膠體微粒吸附陰離子，帶負(fù)電荷；有些膠粒如淀粉、蛋白質(zhì)大分子一般不吸附各種離子不帶電， 因形成水膜而穩(wěn)定存在。

學(xué)生總結(jié)：膠粒一般是帶電荷的、膠體都是呈電中性的、同種膠體的膠粒帶相同的電荷。

幻燈片演示：（2）膠體比較穩(wěn)定的主要：同種膠體微粒帶同種電荷，互相排斥。

引導(dǎo)設(shè)問：根據(jù)膠體穩(wěn)定存在的原因，你能推測出哪些手段可以破壞膠體的穩(wěn)定性嗎？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：

①1mLFe（OH）3膠體→MgSO4（aq） →振蕩

②1mLFe（OH）3膠體→1mLH2SiO3膠體→振蕩

③1mLFe（OH）3膠體→加熱

④1mLH2SiO3膠體→加熱

總結(jié)：3．膠體的聚沉：在一定條件下膠體微粒聚集成沉淀而析出的過程。

（1） 膠體穩(wěn)定存在的原因：布朗運(yùn)動、膠粒帶電

（2）膠體的聚沉

①加入合適電解質(zhì)：破壞膠粒的帶電結(jié)構(gòu)

②與帶有相異電荷的膠體微粒的膠體混合

③靜電除塵

④長時(shí)間加熱：增加碰撞機(jī)會，并破壞雙電層結(jié)構(gòu)

★日常生活：制豆腐原理（膠體的聚沉）和明礬凈水。

★自然地理：江河入?？谔幮纬扇侵?，其形成原理是海水中的電解質(zhì)使江河泥沙所形成膠體發(fā)生聚沉。

趣味實(shí)驗(yàn)思考： 氫氧化鐵膠體中逐滴滴加鹽酸會產(chǎn)生什么現(xiàn)象，為什么？

家庭小實(shí)驗(yàn)： 哪些方式可以讓一杯牛奶中的膠體聚沉？

資料查找： 現(xiàn)代分離技術(shù)依次如何從牛奶里分離得到：脫脂乳、除菌乳、乳清蛋白、乳糖？